El 320si es una edición limitada a 2.600 unidades de un Serie 3, que se distingue principalmente por el motor. Es un cuatro cilindros de 2,0 l de cilindrada, estructuralmente semejante al de un 320i, pero con una culata distinta y otras modificaciones. Alcanza 173 CV de potencia máxima y es la base para el modelo con el que BMW compite en el Campeonato del Mundo de Turismos (con una versión de 275 CV).

Con este motor, el 320si acelera de 0 a 100 km/h en 8,1 s, recupera en cuarta velocidad de 80 a 120 km/h en 7,7 y tiene un consumo medio de 8,9 l/100 km.

La culata del 320si no tiene la distribución variable de tipo Valvetronic (más información), debido a que con este sistema no se puede alcanzar un régimen de giro muy alto. BMW no seguirá desarrollando este tipo de distribución. El motor del 320si alcanza una potencia específica tan alta porque puede girar muy rápidamente; además de que da la potencia máxima a 7.000 rpm, es capaz de llegar hasta 7.300 rpm.

Hay varias modificaciones que hacen posible este régimen, además de eliminar la distribución Valvetronic.

Una es reducir la carrera del motor de 90 a 88 mm; sigue siendo un motor de carrera larga. La velocidad media del pistón a régimen de potencia máxima es algo mayor en este nuevo motor (20,5 contra 18,6 m/s).

Las camisas no son de hierro (fundición gris), sino de una aleación de aluminio. Con relación al motor del 320i, BMW ha tenido que reforzar las bielas y el cárter superior. El colector de admisión tiene longitud variable y los dos árboles de levas también tienen ajuste continuo de fase. La tapa de la culata es de fibra de carbono y —según BMW— ahorra 10 kg con relación a la de un 320i (que es más grande).

Aunque la relación de compresión es más alta (11,0 a 1 en lugar de 10,5), el par máximo es 200 Nm; el mismo que el de un 320i. La diferencia de respuesta del motor hace que el 320si lo dé a 4.250 rpm, en lugar de 3.600 rpm.

Tiene una caja manual de seis velocidades. La sexta tiene un desarrollo de 33,4 km/h, corta en términos absolutos pero larga con relación a las características del motor.

Con este desarrollo, el 320si no llega en sexta a la velocidad máxima (225 km/h). El 320si pesa 1.425 kg en condiciones de homologación.

El 320si tiene de serie el paquete deportivo M, que comprende unos paragolpes y estribos modificados, asientos deportivos, volante M de cuero, reposapie M, faros antiniebla y embellecedores interiores de aluminio.

La suspensión tiene un ajuste específico, los neumáticos son de medida 225/40 delante y 255/35 detrás, las llantas son de 18” de diámetro (con 8” de garganta las delanteras y 8,5” las traseras) y con el diseño que usa BMW en el Campeonato del Mundo de Turismos.